NR 空口资源综述
2.8 PHY 层
| 3.1 空口资源 |
NR 空口物理资源的主要描述维度与 LTE 基本相同，具体可划分为时域、频域和空域 3 个维度，如图 3-1 所示。
由于采用了与 LTE 相同的基于 OFDM 波形的传输方案，NR 沿用了大多数LTE 对“时—频—空”资源的定义，如帧（Frame）、资源块（RB）和天线端口（Antenna Port）等。但注意到，除了帧和子帧的概念直接沿用外，NR 对其中绝大多数的资源的概念均进行了重新定义。此外，在频域资源上，NR 还新增了部分带宽（BWP）的概念。为了便于理解，读者可参照 LTE 对相关概念的定义与 NR 进行比对。
3.1.1 传输波形
需要强调的是，NR 波形方案的实现细节与 LTE 略有不同。具体来说，NR 下行沿用了带有循环前缀（CP）的 OFDM 波形，上行则支持 CP-OFDM 或 DFT-S-OFDM波形。这与 LTE 上行仅支持 DFT-S-OFDM 波形有本质的不同，如图 3-2 所示。
LTE 上行选择 DFT-S-OFDM 方案是出于降低 PAPR（峰均比）、提高终端功率放大器效率的考虑，如图 3-3 所示。基于同样的目的，NR 也将 DFT-S-OFDM作为上行传输的补充方案，但选择了将 CP-OFDM 作为上行传输的主方案，其主要考虑如下。
（1）CP-OFDM 相对 DFT-S-OFDM 具有更高的频谱效率，而这一基本特性有助于满足极端数据速率的需求。
（2）CP-OFDM 与 MIMO 结合的兼容性更好，且发射机和接收机的实现较为简单。而如果上行采用 DFT-S-OFDMA，为实现 UL-MIMO（上行空间复用），接收机的设计将更为复杂。因此，CP-OFDM 具有实现成本低的优势。实际上，根据 R15 协议，当采用 CP-OFDM 时，上行最大可支持 4 流 MIMO，而采用DFT-S-OFDM 时，上行仅支持单流（无 MIMO 增益）。
（3）DFT-S-OFDM 对频率资源有约束，只能使用连续的频域资源，而CP-OFDM 可以使用不连续的频域资源，其资源分配更为灵活，且频率分集增益较大。从支持频率组合多样性的角度考虑， CP-OFDM 是更优的方案。
（4）CP-OFDM 系统通过正确选择 SCS 和工作频率，可以在短于信道相干时间的时间间隔内完成设备间的传输，并实现高移动性和高数据速率应用，同时最大限度地减少时间选择性的影响。并且，基于信道估计和均衡技术，CP-OFDM 对频率选择性信道具有很高的弹性，如图 3-4 所示。而 DFT-S-OFDM在对抗频率选择性信道影响方面的能力则偏弱。
（5）采用 DL 和 UL 对称的波形可以简化整体设计，在 D2D 通信等重要场景下更有利于网络部署。如上下行均采用 CP-OFDM 方案，则 Sidelink（副链路）节点将无须增加一套 DFT-S-OFDM 接收机，可有效降低成本。
从上述的讨论可知，CP-OFDM 和 DFT-S-OFDM 实际上各有优劣，只是在NR 场景下，CP-OFDM 的性能与 NR 现阶段需求的匹配度相对更高。图 3-5 进一步总结了在 NR 细分场景下对波形性能的需求。
表 3-1 给出了 CP-OFDM 波形的性能评估。可见，正是由于 CP-OFDM 强大的性能优势，NR 才将其作为上、下行传输波形的首选。
需要特别指出的是，现阶段 NR 只定义了 52.6 GHz 之前频段的波形，并推荐上行以 CP-OFDM 波形为主，以 DFT-S-OFDM 波形为辅。后续如 NR 演进到支持 52.6 GHz 之上的更高频段，DFT-S-OFDM 凭借其较低的 PAPR、较高的相位噪声顽健性以及相对较低的频偏敏感度等优势，可能更有利于高频毫米波系统。
回到对空口物理资源的讨论。与 CP-OFDM 密切相关的基础参数集主要有子载波间隔（SCS）、循环前缀（CP）以及子载波的数目等。这些参数分别从频域和时域对 CP-OFDM 的资源复用方案进行了约束。此外，CP-OFDM 还常与 MIMO 结合，又引入了空域上资源的复用。
在具体讨论 NR 在时域、频域和空域上物理资源配置的细节前，先引入若干必要的定义和说明。